金星大气密度几乎是地球大气的100倍。在金星表面上，大气压为地球表面大气压的90倍，相当于地球上海深1千米处的压力。金星大气中CO2的含量占97%以上，此外还有极少量的CO2、SO2等。我们知道CO2可以让可见光透过，但能阻挡红外光。金星大气把3/4的阳光反射出去，其余的穿越大气，到达金星表面，并把它烤热。受热的金星表面将发出红外线，而红外线又不能透过以CO2为主的大气，所以CO2大气像一层厚棉被那样把热量包住了，这就是CO2的温室效应。地球大气中的CO含量只有约0.05%，由此引起的温室效应已引起世人的关注。金星大气中的CO2是如此之多，由此产生的温室效应的强烈程度是十分可怕的。1985年，前苏联“韦加”1号和2号探测器向金星大气释放2只气球，在离金星表面53～54千米的高空漂浮。科学家对它进行了持续46小时的跟踪，从而得知金星表面温度高达465～485℃，而且没有昼夜、季节、地区间的差别。在这样高的温度下，金星表面找不到一滴液态水，就连锡、铅、锌之类的低熔点金属也熔化了。硫、氯、氟等元素从被烤得发焦的岩石中逸出，形成硫酸、盐酸和氢氟酸气体。离金星表面30～70千米高处密布着厚几十千米的浓云，但不是水滴或冰晶，而是由硫酸滴组成的云。在高30千米上下则是浓硫酸雾层。再往下，大气则异乎寻常的清晰。从许多宇宙飞船发回的照片来看，金星的天空带有橙色，大气中存在激烈的湍流，还有强烈的雷电现象，有人推算金星上的风速约达0.1千米/秒。金星大气的温度随高度变化很大，金星云层顶部的温度为-23℃，云层顶部与金星表面的温差可达500℃。现在还不清楚CO2是通过什么途径使金星大气上层降温。另一奇怪的现象是，金星两极温度反而比赤道地区温度高5℃，这与地球上的温度情况恰恰相反。这可能是由于金星自转慢，科里奥利力小，大气流动偏转小，结果造成赤道地区的大气受太阳直射，温度升高后上升流向两极的单极循环所致。
金星成为太阳系中温度最高的行星，而且它的温度常高不下，几乎不受昼夜、四季、纬度变化的影响。这样一个高温、闷热、令人窒息的世界，实在令人瞠目结舌。
金星的云层有很精细的结构。金星上层大气有一种精致的条纹样式，使人们联想起地球上喷气式飞机喷出的气体尾巴。那实际上是以非常快的速度绕金星转的气流，大概每4天绕金星1圈。
与地球上的云相比，金星上的云层所处的位置的要更高一些。地球上大多数的云都分布在距离地面7～8千米的地方，而金星上的云层却高耸到距离星球表面40千米的地方。在那之下还会有2～3层云或薄雾，但是到海拔19千米以下地方天空就不会有云了。由于只有一小部分太阳光可以穿过金星大气，金星上的白昼不像地球上这样明朗，其亮度很像地球上的阴天。
几个世纪以来，金星的云层让我们不能得到金星表面的真实图像。随着大功率雷达的发展，我们可以通过从地球上，或是围绕金星运行的探测飞船上的雷达探测到金星的表面形状和物质组成。通过接收、分析金星表面反射回来的电磁波，我们已经可以绘制金星的表面图，类似地球上足球场大小的物体都在图上标了出来。另外，几艘俄罗斯的飞船已经成功克服了高温高压，降落到金星表面，并且发回了它们着陆点附近的岩石标本图样。
金星表面不像月亮和水星那样部满环形山，在很多地方是绵延起伏的巨大平原。另一些地方有一些山脉和高原，大多数的高度和地球上的山脉相比有些逊色。不过，其中最高的麦克斯韦尔山，高11270米，比珠穆朗玛峰还高。两个叫做“α区”和“β区”的山地区被认为是有很多火山口的地区，其中一些火山可能具有周期性的喷发活动。
金星上虽然也有一些环形山，但是相比其他星球，金星上的环形山大多数都是火山口，而不像月球上的环形山是与星球外飞来的物体相撞击产生的。这主要是因为金星有浓密的大气保护，金星外飞来的物体大都在与大气摩擦的过程中烧尽了。因此，金星的大气层虽然造就了金星地狱般的恶劣环境，但也起到了很好的保护作用，使之免于遭受外来撞击。
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